电厂孤网系统黑启动技术研究

电厂孤网系统黑启动技术研究
摘要：黑启动是指整个电网因故障崩溃后，系统全部停电，处于全“黑”状态，此时通过系统中具有自启动能力机组的启动和外来电源，带动无自启动能力的机组，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个系统的恢复和供电。

文章根据实际运行经
验，具体阐述了黑启动的释义及作用，分析了黑启动过程中的改进方法，提出了孤网运行中的黑启动实施方案。

关键词：孤网；黑启动；实施方案
前言
黑启动是故障停机后，系统全部停电（不排除孤立小电网仍维持运行），处于全“黑”状态，不依赖别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力的发电机组启动，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。

电厂黑启动作为区域电网主要的提高系统互连能力的措施应用已经越来越普遍。

一、黑启动的定义
黑启动是指在整个电网因外部或内部故障停运进入全黑状态后，不依靠大电网或其他电网的帮助，仅通过启动电网内部具有黑启动能力的微源，进而带动电网内无黑启动能力的微源，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个电网的重新启动.电网的黑启动能力既可以保证关键负荷供电和电网的连续稳定运行，在一定条件下还可以为大电网的恢复提供黑启动电源，可有效地减小传统电力系统在黑启动过程中因选择距离负荷中心较远的水电机组作为黑启动电源所引起的发电机自励磁和过电压的影响，实现系统由点及而的恢复，缩短了整个系统的恢复时间，减少了停电造成的损失。

二、黑启动的方案选择
1、黑启动设备选择
黑启动的关键是电源点的启动，目前较多采用作为黑启动电源点的是水轮发电机组、燃机发电机组、燃煤发电机组，其中水轮发电机组和燃机发电机组具有辅助设备简单、厂用电少，启动速度快等优点，是黑启动电源的首选。

在一些特定条件下，部分燃煤电站也作为黑启动电源点，由于燃煤电站启动工艺流程复杂，辅助设备功率较大，需要的厂用电源较大，对具有自启动能力的发电机组要求非常高，因此，燃机电站和燃煤电站的黑启动电源常采用柴油发电机组作为自启动电源。

目前全球作为黑启动电源的设备，主要有以下几种：
1）轻柴油高速发电机组
轻柴油高速发电机组是黑启动最为常见的一种电源设备。

轻柴油高速发电机组具有如下优点：一次投资成本较少，启动时间短，运行稳定，不需要外部电源（蓄电池充电除外），是目前黑启动电源使用较多的设备。

轻柴油高速发电机组保证在电厂的全厂停电事故中，快速自起启动带载运行。

在无人值守的情况下，接起启动指令后在10~15秒内一次启动成功，在60秒内实现一个自起启动循环（即三次起动）。

若自起启动连续三次失败, 则发出停机信号, 并闭锁自起启动回路。

2）重油中、低速发电机组
重油中速、低速发电机组，优点是单机容量大，对于燃煤机组黑启动一次所需要的台数较少，电气系统较简单；缺点是初始投资大，工艺系统复杂，外部还需要配套水处理、油处理系统和冷却系统，在黑启动之前，另外还需要有小型的高速轻柴油机提供辅助设备的电源。

作为黑启动电源，此种设备使用较少。

综上所述，本工程推荐采用轻柴油高速发电机组作为黑启动电源。

2、黑启动电负荷分配及分析
黑启动电源容量的大小应满足机组在黑启动过程中不同阶段电负荷大小的要求。

根据机组起动顺序中的电负荷投入顺序和运行时间的分析，可以较准确的计
算出黑启动电源的大小。

下面对本工程做一分析计算。

1）黑启动机组起启动顺序和起启动负荷实际容量如下：
第一阶段：亦称为启动前准备阶段，主要包括制水，运煤和锅炉上煤等准备
阶段，此阶段工作可以逐项完成，逐项负荷都不是很大，按启动过程选择的柴油
机发电机组的容量完全能满足以上各项工作的厂用电需求，故该部分在黑启动之
前就完成的准备工作，其负荷可以不计入启动负荷。

第二阶段：针对本工程的特点，负荷启动顺序和启动时运行的实际容量如下：
a、冷却水系统；
机组启动前，一些辅助设备先将投入运行。

这时冷却水系统需充水运行。

b、补水系统及锅炉上水系统：
由化学水处理室通过凝汽器的补充水调节阀向凝汽器补水至规定的水位，然
后经凝结水泵向除氧器上水达到正常水位，开始给锅炉上水，使分离器达到启动
要求水位。

c、辅助汽系统：
启动启动锅炉，由辅助蒸汽向除氧器，轴封系统供汽。

d、点火系统：
采用微油点火方式，启动供油泵，点火期间，一次风暖风器加热蒸汽引自辅
汽系统。

e、润滑油系统：
启动交流润滑油泵进行油循环，启动密封油泵，顶轴油泵，盘车装置。

f、充氢系统
二氧化碳置换空气、氢气置换二氧化碳。

g、疏水系统
在机组启动运行前和供汽至轴封系统前，管道上的所有疏水阀都应打开。

h、抽真空系统
关闭真空破坏阀，启动真空泵。

i、压缩空气系统
启动厂用和仪表用空压机、空气干燥器、将备用空压机放“自动”位置、确认压缩空气系统正常。

j、旁路系统
当锅炉启动后，为提高机组的启动速度，打开汽轮机的高压旁路阀、低压旁路阀处于“自动”位置，使其进入准备运行状态。

k、锅炉炉膛安全监视系统（FSSS）及燃烧器管理系统（BCS）在点火前应调试好、并保持良好的工作状态。

3、黑启动电气主接线
柴油发电机厂选用1600 kW的多台柴油发电机并联运行，具体单机容量等柴油发电机招标后根据技术经济比较结果确定。

由于出线负荷容量为20.5MW，考虑到多机并联短路电流及母线电流较大，另外还要兼顾运营期作为黑起动电源，发电机出口电压选择6kV电压等级。

柴油发电机的数量大约是15台，为保证一台机检修时，机组能够满足正常负荷供电的要求，另外再设1台同容量的柴油发电机作为备用。

柴油机电站供电系统向6kV工作1A段，6kV工作1B段，6kV工作2A段，
6kV工作2B段，6kV工作3A段，6kV工作3B段各提供1回黑启动备用电源。

这样进线回路数约16～18回，出线回路数有6回。

6kV柴油机组工作段采用单母线
接线方式。

出线全部采用电缆出线，每回出线根据供电负荷大小及压降校验选择
电缆。

由于单机容量（1600kW）远小于总的装机容量32MW，不及总装机容量的
1/10，一台机故障退出运行对系统的稳定性不会产生影响，同时由于供电负荷的
单个容量较小，不会因为负荷忽然退出运行造成系统电压的升高。

另外柴油发电
机单机容量选择小一点能够满足施工期负荷逐渐增长的需要，提高发电机的运行
效率。

三、黑启动电源运行模式分析
严寒地区，冬季长时间处于严寒，因此需充分考虑气候对轻柴油发电机组启
动的影响。

同时，还需考虑在孤网完全失电情况下黑启动电源能够快速恢复供电。

1）本工程采用快速启动轻柴油发电机作为启动发电机组，单台柴油发电机
组启动时间只需约15s，所需发电机组全部启动并带负荷时间不超过30min；
2）系统首次冷启动考虑采用柴油车直接供油，在冬季时柴油车需由电加热
系统；
3）正常运行中，黑启动柴油发电机供油系统需长期处于热备用状态，部分
柴油发电机也处于热备用状态，黑启动柴油发电机房需长期设置现场值班。

即使
是冬季，如果全厂失电，在柴油还未凝固前保障柴油发电机组启动成功。

四、结语
总之，随着孤网机组的日益增长，孤网机组的装机容量也在逐步提升，孤网
机组的黑启动地位日益突出，对保证电网安全稳定运行具有十分关键的意义。

参考文献：
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